第一推動叢書 物理係列：尋找希格斯粒子 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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産品特色

編輯推薦

　　自然界zui神秘也zui重要的粒子被發現，這是一個多麼激動人心的時刻！這個粒子究竟是什麼？它為何讓那麼多科學傢為之“神魂顛倒”？人類建造瞭史上*大物理學實驗裝置，花費幾十年的時間，投入90億美元，隻是為瞭一睹它的芳容。這其中顛蕩起伏的故事，由加州理工學院理論物理學傢卡羅爾為你一一道來。《尋找希格斯粒子》是物理係列其中之一，這是一個講述有關人類如何在渴望理解宇宙的推動下做齣我們這個時代*偉大的科學成就的故事。
　　2018年新版的全新設計瞭版式、封麵，提升瞭閱讀體驗，讓讀科普不再艱難。隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平聯袂解讀的《經典科普解讀課》6摺券。

內容簡介

　　希格斯玻色子被視為自原子結構揭示以來我們對宇宙認識的*大突破。它是理解“為什麼存在質量”和“原子如何是可能的”等問題的關鍵。在人類投入瞭90億美元，付齣幾十年的努力建的大型強子對撞機成功運行後，經過6000多研究人員的辛勤工作，難以捉摸的希格斯玻色子終於被發現瞭。2013年諾貝爾物理學奬授予發現希格斯子的三位物理學傢。
　　《尋找希格斯粒子》不僅解釋瞭希格斯玻色子的重要性，而且詳細介紹瞭大型強子對撞機這一有史以來建造的*大機器。加州理工學院理論物理學傢卡羅爾對這一項目的緣起和進展都做瞭繪聲繪色的描述。這是一個講述有關人類如何在渴望理解宇宙的推動下做齣我們這個時代*偉大的科學成就的故事。

作者簡介

　　肖恩·卡羅爾博士，是加州理工學院的理論物理學傢，著有《從永恒到此處》——一本探索時間的終*理論的書。他從哈佛大學獲得博士學位後，一直在研究粒子物理、宇宙學和引力。他是著名物理學博客群“宇宙方差”的創始人之一。肖恩·卡羅爾與妻子作傢詹妮弗?維萊泰住在洛杉磯。

精彩書評

　　“科學既具有權*性也不乏大膽活潑。人類的舞颱充滿瞭豐富的敘事。卡羅爾的傳奇故事將引*你踏上*新的發現之旅。”
　　——弗蘭剋·維爾切剋，諾貝爾物理學奬獲得者，《存在之輕》一書的作者。

　　“肖恩·卡羅爾在本書揭開瞭自然界*神秘也是*重要的粒子的麵紗，讓我們清楚地看到尋找希格斯子的實驗是如何進行的。任何對物理有興趣的人都應該讀讀這本書，跟隨他一道領略這一發現帶來的物理學新世界。”
　　——列納德·濛洛迪諾，《醉漢的腳步》的作者

　　“卡羅爾講述瞭一個粒子的故事。這種粒子我們每個人都聽說過，但實際上對它很少瞭解。當你讀過這本書，你就會真正瞭解為何希格斯玻色子會被這麼多人追捧得這麼久。卡羅爾崇尚大科學，愛問大問題，他的信念富於感染力，鼓舞人心。”
　　——摩根·弗裏曼，影片《穿越蟲洞》的主演和執行製片人

目錄

序幕
1 物質為什麼很重要
2 堪稱神聖
3 原子與粒子
4加速器的故事
5 史上最大的機器
6 智破粒子
7 波動的粒子
8 穿越破鏡
9 實驗室沸騰瞭
10 “希格斯子”不脛而走
11 諾貝爾的夢想
12 地平綫之外
13 粒子物理學的未來
附錄1 質量與自鏇
附錄2 標準模型粒子
附錄3 粒子及其相互作用
進一步閱讀材料
參考文獻
緻謝
名詞索引
譯後記

精彩書摘

　　序幕
　　喬安妮·休伊特感到有點暈眩。她在對著攝像機鏡頭興高采烈地說話時，臉上總是洋溢著燦爛的笑容。此刻，齣席舊金山瑞士領事館聚會的人們正沉浸在一派喧鬧聲中。這個聚會是為慶祝大型強子對撞機（LHC）第一次在地下的機器隧道內成功實現質子循環而舉辦的。位於日內瓦郊外法國—瑞士邊境的這颱強子對撞機是一颱巨大的粒子加速器，其目標是要揭開宇宙的秘密。香檳四溢，沒人驚奇。喬安妮提高瞭嗓門強調到：“為瞭這一天我已經等瞭25年瞭。”
　　這是一個重要時刻。在2008年的這一時刻，粒子物理學傢們終於實現瞭他們長期堅守的夢想——為瞭邁齣下一大步，他們需要建造一颱能夠讓質子以巨大能量相互對撞而粉碎的巨型粒子加速器。那會兒他們曾認為美國會建一個這樣的裝置。但事情並沒有如預期的那樣發生。1983年，休伊特剛開始讀研究生，當時美國國會首次同意在得剋薩斯州建造超導超級對撞機（SSC）。原計劃這颱機器將在2000年以前開始運行，它將是當時世界上建造的最大的對撞機。她，像她那個時代的大多數充滿朝氣雄心勃勃的物理學傢一樣，相信在這颱裝置上的發現能夠奠定他們的研究生涯的基礎。
　　但是，SSC被取消瞭，物理學傢們指望改變未來幾十年研究領域麵貌的平颱被人拆瞭。政治、官僚主義和內鬥處處擋道。現在的LHC，在很多方麵都與SSC非常相似，經過長時間的等待後終於要進行第一次運行瞭。休伊特和她的同事們早已經準備就緒。“在過去的25年裏，我所做的事情就是對提齣的每一種新的瘋狂的理論進行分析，計算它們在SSC或LHC上的印跡（即我們如何認定新的粒子），”她說。
　　讓休伊特感到暈眩的還有另一個更為私密的原因。在視頻中，她的一頭紅發剪得很短，幾乎是平頭。這不是時尚的選擇。在那年的早些時候，她被診斷齣罹患惡性乳腺癌，治愈的機會大約隻有五分之一。她選擇瞭一種非常積極的治療方案：痛苦的化療加簡直是無窮無盡的手術。她那標誌性的、以前一直垂到腰際的紅色秀發很快消失瞭。很多時候，她對睏境付之一笑，安之若素，始終保持著高昂的精神狀態積極思考在LHC上能發現什麼新粒子。
　　作為朋友和同事，我和喬安妮彼此已相識多年。我自己的專長主要在宇宙學，對宇宙做整體研究，這一領域近年來可謂處於新數據和驚人發現勃發的黃金年代。粒子物理學，這個已經變得與宇宙學密不可分的知識領域，正渴望著新的實驗結果，以便能顛覆現有的理論狀態，引領我們進入到一種新的設想。這種壓力已經持續瞭很長時間。聚會上的另一位物理學傢，華盛頓大學的戈登·沃茨，被問到長時間期盼著LHC是不是一直很緊張。“那是肯定的。你看我這裏的頭發都灰白瞭。我妻子說那是因為我們孩子的緣故，但實際上確實是因為LHC。”
　　粒子物理學傢站在瞭一個新的時代的邊緣，在這個新時代裏，有些理論將被淘汰，而另一些理論則變得值得投錢。聚會中的每一位物理學傢都有他們自己鍾愛的模型——希格斯玻色子、超對稱、彩色、額外維、暗物質，以及一大堆奇思怪想的概念和夢幻般的推想。
　　“我希望LHC發現的‘不是上麵的任何一種’，”休伊特熱情地說道。“我確實認為它會帶來驚喜，因為我認為大自然要比我們聰明，她為我們準備瞭驚喜，我們得好好花時間來搞清楚這一切，那將是巨大的進步！”
　　那是在2008年。迴到2012年，舊金山的那場為慶祝LHC落成的聚會已經結束，做齣新發現的新紀元已正式開始。休伊特的頭發長起來瞭。治療雖然痛苦，但似乎很管用。她的整個職業生涯中一直期待著的實驗正在創造曆史。經過二十五年的理論打磨，她的想法終於等到瞭用真實數據——一些迄今為止我們從來不曾見過的粒子和相互作用——進行檢驗的時刻，那是大自然一直藏著不肯輕易示人的驚喜。
　　鏡頭拉迴到2012年7月4日——國際高能物理會議開幕的當日。這是一個每兩年一屆的會議，在不同年份由世界上各個不同的城市輪流舉辦，這一年輪到瞭澳大利亞的墨爾本。包括休伊特在內的好幾百位粒子物理學傢正濟濟一堂，在主會場聆聽一場特殊的研討會。建造LHC的所有投資，機器運行期間的所有期待，就要在此時得到迴報瞭。
　　研討會在日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）的LHC實驗室和墨爾本同時舉行。有兩場報告會，作為大會議程的一部分通常應在墨爾本主會場舉行。但在最後時刻，大會決定，宣布新發現的那一刻應當與為實現LHC成功的很多貢獻者共同分享。這一決定得到稱贊——CERN的數百位物理學傢在預定於日內瓦時間上午9點開始的會議之前已經等候幾個小時，他們露營排隊，在睡袋裏熬瞭一夜，就是為瞭能占個好座位。
　　CERN的總乾事羅爾夫?霍伊爾（RolfHeuer）介紹瞭會議議程。在兩個主要實驗中從事LHC數據收集和分析的兩個實驗組各做一個報告。第一個報告由美國物理學傢喬?印坎德拉（JoeIncandela）代錶CMS聯閤實驗組來做，第二個報告由意大利物理學傢法比奧拉?詹諾蒂（FabiolaGianotti）代錶ATLAS聯閤實驗組給齣。兩個實驗有超過3000名物理學傢參與，其中大部分人的工作是在散布世界各地的實驗室的電腦上進行的。整個實驗過程通過網絡直播，不僅傳往墨爾本，而且傳嚮全世界——任何一個關心這一實驗的人都可以實時聽到結果。這種傳播方式正適閤進行這次現代大科學的慶祝活動——高科技國際閤作與大賭注結閤産生齣令人振奮的迴報。
　　詹諾蒂和印坎德拉在做報告時明顯顯得神情緊張，但結果的展示已說明一切。兩人對使實驗成功的各位工程師和科學傢錶示衷心的感謝。然後，他們不約而同地將報告重點轉嚮說明為什麼我們應該相信他們目前的結果。他們解釋瞭各自的機器是如何工作的，數據的分析為什麼是準確和可靠的。在這一切精心的鋪墊完成之後，他們告訴我們他們已經找到瞭要找的東西。
　　事實擺在那兒。幾張圖，在未經物理學訓練的人看來似乎並沒有太多區彆，但它們都具有一緻的特徵：齣現瞭比特定能量下所預期的事件數更多的事件（從一次碰撞中得到的粒子流的集閤）。所有在場的物理學傢立刻就知道這意味著什麼：一個新粒子。LHC瞥見瞭大自然以前從未顯露過的一部分。印坎德拉和詹諾蒂經過細緻的統計分析，將真正的發現從紛繁的統計漲落中挑選齣來，兩種實驗情形下的結果毫不含糊地錶明：結果是真實的。
　　掌聲。在日內瓦、墨爾本和世界的其他地方。數據是如此精確和清晰，甚至連許多從事實驗多年的行傢們都對此感到吃驚。威爾士物理學傢林恩·埃文斯（LynEvans），作為負責指導LHC走過崎嶇不平道路直至完成的第一人，在看到兩個實驗如此一緻的結果時就承認自己“大吃一驚”。
　　我自己那天就在歐洲核子研究中心，扮成一名記者待在主大廳隔壁的記者室。記者通常不對他們報道的新聞事件報以掌聲，但此時此刻，濟濟一堂的記者們讓情感壓倒性地爆發瞭齣來。這不隻是CERN或物理學的成功，這是整個人類的成功。
　　我們認為我們知道我們所發現的東西：一種稱為“希格斯玻色子”的基本粒子（以最先提齣存在這種性質的粒子的蘇格蘭物理學傢彼得·希格斯的名字命名）。83歲的希格斯本人正坐在研討會房間裏，臉上寫滿瞭感動：“我從來沒有想過今生我會看到這種情況發生。”早在1964年就提齣過同樣想法的其他幾位資深物理學傢也齣席瞭會議。一種理論被命名的約定並不總是公平的，但在此刻，每個人都可以參與到慶祝活動中來。
　　那麼什麼是希格斯玻色子呢？它是自然界的一種新粒子。它的數量不是很多，但卻是非常特殊的一種。在現代粒子物理學裏，已知的粒子有3種。有構成物質的粒子，像電子和誇剋，它們構成原子，原子又構成我們所看到的一切；有傳遞力的粒子，它們傳遞引力、電磁力和核力，並使物質粒子結閤在一起；再有就是希格斯子，它單獨構成一類。
　　希格斯子很重要，不隻是因為它是什麼，而且是因為它做什麼。希格斯子由彌漫於空間的場産生，這種場稱為希格斯場。宇宙中已知的一切東西在穿越空間時就會在希格斯場中運動。希格斯場是永遠存在的，隻不過是潛伏在本底中，我們看不見它。可以這麼說：如果沒有希格斯子，電子和誇剋就沒有質量，變得像光子（傳播光的粒子）。它們本身將以光速運動，這樣就不可能形成原子和分子，更談不上形成我們知道的各種生命形態。在普通物質的形成機製中，希格斯場不是一種主動的角色，但它在本底中的存在至關重要。如果沒有它，世界將完全是另一副樣子。現在，我們找到它瞭。
　　這裏用詞需十分謹慎。我們實際上掌握的是非常類似於希格斯子的粒子的證據。它有正確的質量，它基本上按我們預期的方式産生和衰變。但要說我們發現的肯定就是原始模型所預言的希格斯子還為時過早。這裏麵可能還有更復雜的東西，或者發現的隻是精妙的相關粒子譜中的一個部分。但我們的確已經發現瞭某種新粒子，它的錶現就像我們認定的希格斯玻色子。因此在本書中，我將2012年7月4日當作宣布發現希格斯玻色子的日子。如果大自然更微妙，那對我們每一個人來說就更好——物理學傢就喜歡活在驚喜中。
　　人們非常希望希格斯子的發現標誌著粒子物理學的新時代的開始。我們知道，物理學的內容要比我們目前所瞭解的更豐富。對希格斯子的研究提供瞭一個觀察未知世界的新的窗口。現在，像詹諾蒂和印坎德拉這樣的實驗物理學傢有瞭新的標本可研究，而像休伊特這樣的理論物理學傢則有瞭新的綫索，可以建立起更好的模型。我們對宇宙的理解則邁齣瞭期待已久的一大步。
　　這是一個關於一群將畢生奉獻給發現大自然最終本性的人的故事。希格斯本人就是一個完美的體現。這裏有用筆和紙工作的理論傢，他們喝著濃咖啡，和同事激烈地爭論，由此推動著在頭腦中形成抽象的概念；有工程師，他們想方設法讓機器和電子器件突破現有技術限製；最關鍵的當然是實驗者，他們將機器和理論傢的想法結閤起來去發現大自然的一些新的東西。現代物理學的前沿研究涉及到耗資數十億美元的項目，需要幾十年纔能完成，因此需要研究者具有非凡的奉獻精神，並願意冒著高風險去尋找獨特的迴報。當這一切都得以實現之時，世界就變樣瞭。
　　生活真美好。請再來一杯香檳。
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